INSTITUTIONEN FÖR FYSIK OCH ASTRONOMI. Mekanik baskurs - Laboration 5. Bevarande av energi och rörelsemängd. Undersökning av kollisioner

Transkript

1 INSTITUTIONEN FÖR FYSIK OCH ASTRONOMI Mekanik baskurs - Laboration 5 Bevarande av energi och rörelsemängd Undersökning av kollisioner

2 Instruktioner Om laborationen: - Arbeta i grupper om 2 till 3 personer. - Anteckna svar för varje steg Innan ni lämnar labbet: - Kontrollera svarshäftet med labb- assistent - Få svarshäftet signerat. - Bli avkryssad på närvarolistan. Arbeta i grupper om 2 till 3 personer. Gör den teoretiska uppgiften och experimentet, samt svara på alla frågor. Skriv laborationsrapport. Examination För att bli godkänd på laboration 4 krävs: 1. Närvaro Laborationstillfällen är obligatoriska. Om du inte kan närvara vid schemalagt tillfälle, kontakta laborations- assistenter (e- post adresser finns i studentportalen) för att tillfälligt byta grupp. 30 minuter efter utsatt starttid stängs dörren till laborationssalen, se till att vara i tid. 2. Svarhäfte Svarshäftet ska vara godkänt och underskrivet av laborationsassistent vid laborationens slut. 3. Laborationsrapport Efter laboration ska gruppen skriva rapport. I rapporten ska svar på alla frågor finnas med. Rapporten måste innehålla följande avsnitt: - Inledning - Teori. Härledning av alla ekvationer, från både del 1 och del 2. - Metod. Beskriv experimentet, utrustning, uppställning och utförandet. Materiallista. - Resultat. Alla uppmätta resultat. Graf med den teoretiska funktionen samt mätvärdena. - Diskussion. Laborationsrapport lämnas in via studentportalen senast 14 dagar efter laborationstillfället. Blir rapporten inte godkänd har man 3 vardagar från att man fått den rättat på sig att skicka in en uppdaterad version. Är den fortfarande inte godkänd har man igen 3 vardagar på sig att skicka in en uppdaterad version. Är rapporten inte godkänd efter detta får man göra om laborationen nästa år. Skicka alltid rapporter i pdf format.

3 BAKGRUND Ni ska undersöka vad massförhållandet mellan två bilar har för inverkan på sluthastigheterna efter en elastisk och totalt oelastisk kollision. Elastisk kollision betyder att både energi och rörelsemängd är bevarade vid kollision. Totalt oelastisk kollision betyder att båda har samma hastighet efter kollision. Bild 1 visar hur situationen ser ut; den röda bilen, med massa mr, åker med hastighet vr och kolliderar med den blåa bilen, massa mb, som är stillastående. Efter kollisionen har bilarna hastigheterna vr och v B. Bild 1. Situationen före kollision. Ni ska hitta en formel som relaterar massförhållandet mellan bilarna, mr/mb, med kvoten av hastigheten efter kollision och hastigheten innan kollision för den röda bilen, v R / v r = k, dvs v! v! = k = f m! m!

4 Fall 1. Elastisk kollision 1.1. Teori Antaganden som ni kan göra är: 1. Kinetisk energi är bevarad 2. Rörelsemängden är bevarad 3. Den blåa bilens hastighet är noll innan kollision, vb=0. 4. Kvoten mellan den röda bilens hastighet efter kollision och hastighet innan kollision uttrycks med k, v R / vr = k. Ledning: Ställ upp alla ekvationer Hitta hastigheten vb uttryckt i enbart hastigheterna v r och vr. Använd detta uttryck för att hitta k = vr / v r som en funktion av mr/mb Vad är uttrycket för vb? Vad är uttrycket för vr / v r=k=f(m r/mb)? Vad är det största och minsta värdet som k kan ha, och varför?

5 1.2. Experiment Testa om den framtagna ekvationen stämmer eller ej. Material: Rörelsesensor, handdator, två bilar, 3 vikter, rullbana. Ledning: Använd rörelsesensor för att undersöka den röda bilens hastighet före och efter kollision. Se till att kollisionerna sker med magneterna i bilarna mot varandra så de är elastiska. Använd tabellen i svarshäftet som referens för vilka vikter ni ska testa Vad händer med bevarandelagarna om du har en oelastisk stöt? Fungerar förhållandet för oelastiska stötar?

6 Fall 2. Totalt oelastisk kollision 2.1. Teori Antaganden som ni kan göra är: 1. Rörelsemängden är bevarad 2. Den blåa bilens hastighet är noll innan kollision, vb=0. 3. Hastigheterna efter kollision är den samma för båda bilarna, dvs v R = v B. 4. Kvoten mellan den röda bilens hastighet efter kollision och hastighet innan kollision uttrycks med k, vr / vr = k Vad är uttrycket för v R / vr= k =f(mr/mb)? Vad är det största och minsta värdet som k kan ha, och varför?

7 2.2. Experiment Testa om den framtagna ekvationen stämmer eller ej. Material: Rörelsesensor, handdator, två bilar, 3 vikter, rullbana. Ledning: Använd rörelsesensor för att undersöka den röda bilens hastighet före och efter kollision. Se till att kollisionerna sker med kardborre i bilarna mot varandra så de är totalt oelastiska. Använd tabellen i svarshäftet som referens för vilka vikter ni ska testa. Beräkna även energi förlusten ΔEK = Eefter / E före Vad händer med den kinetiska energin?